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海水鱼饲料中补充溶血磷脂对鱼体生理调节的作用模式分析

2024-5-23 10:11| 发布者: 御城雪| 查看: 11834| 评论: 0|来自: 水产前沿(微信号:fishfirst)

摘要: 水产前沿网独家报道,安迪苏中国水产团队特将该文章关键信息提炼整理,以方便国内同行快速阅读理解。
  水产前沿网独家报道,

  由安迪苏全球水产研究中心与巴塞罗那大学生物学院共同主导的一项研究结果,于2023年4月发表于《animals》期刊,该研究开创了关于溶血磷脂对鱼类生理作用深入模式分析的首例。深入了解溶血磷脂对鱼类肠道和肝脏营养代谢作用模式的影响,对指导溶血磷脂在水产动物饲料中的应用具有重要意义。因此安迪苏中国水产团队特将该文章关键信息提炼整理,以方便国内同行快速阅读理解。

  实验设计

  该实验在挪威Sunndalsøra Nofima研究站进行。以大西洋鲑(Salmo salar)为养殖动物模型。采用平均重量为160g的鱼苗,分为2个处理组,各4个水箱,每个水箱35条鱼。分别饲喂对照饲料(C组)和添加了基于LPL的消化增强剂(0.1%乳速来®,安迪苏提供)的饲料(LPL组),进行12周的养殖实验。养殖结束后进行生长参数和血浆脂质分析,以及小肠和肝脏蛋白质组学定量。

  01 结果

  1.1生长性能和血液生化指标

  LPL显著促进了大西洋鲑的生长表现

  LPL饲料组鱼的终末体重比对照组显著增加了5%(p<0.05)。LPL对鱼的体长没有影响,因此鱼体肥满度也提高了。LPL饲料组肝脏大小增加了10%以上(p<0.05)。总采食量和饲料转化率两组均无显著差异。见表1。

  表1,对照组和LPL组饲料大西洋鲑的生物学参数

  数据为平均值±SEM(n=105).
  1T检验分析仅在p值<0.05时报告
  LPL降低了鱼体血浆总脂质水平
  血浆蛋白质水平未受饲料LPLs的影响。LPL组鱼体血浆PL含量的降低,血浆总脂质水平也显著降低,血浆LDH活性显著降低(降低30%)(表2)。

  表2,对照组C和LPL组大西洋鲑鱼的血浆指标。

  数据为平均值±SEM(n=10).
  1T检验分析仅在p值<0.05时报告
  2总脂质组分为单条鱼血浆各脂质组分总和
  3血浆乳酸脱氢酶活性

  1.2差异表达蛋白

  采用鸟枪法分析了大西洋鲑小肠和肝脏蛋白质组学定量,与大西洋鲑数据库进行比对。图1显示了差异表达的蛋白质(DEPs)和生成的火山图。

  图1处理LPL组鲑鱼肠道和肝脏差异表达蛋白DEPs分析。

  (A)肠道和肝脏DEPs饼状图。绿色(上调)和红色(下调)扇形图数据表示DEPs数据的FC(fold-change)倍数变化幅度区间。(B)肠道和肝脏DEPs的火山图。火山图y轴为p值的负对数。

  肠道中确定了4984种蛋白质,187种DEPs,61种上调,126种下调。

  肝脏中确定了4850种蛋白质,194种EPs,114种上调,80下调。

  1.3对肠道上皮细胞功能的影响

  LPL显示出对肠道细胞组分和代谢的调节作用

  LPL对肠道上皮细胞的显著影响体现在GO通路“细胞组分”的影响,包括70种DEPs。57种DEPs涉及运输通路,显著影响物质进入、离开或细胞内定向移动。45种DEPs涉及代谢通路,尤其是对脂质代谢(17个DEPs)的调节作用。蛋白磷酸化和乙酰化作用与翻译后蛋白质修饰相关,蛋白质相互作用(PPI)的功能富集分别包含94和61种DEPs,表明LPLs可能参与这些通路。如图2所示。

  图2 LPL组鲑鱼的肠道蛋白质组相互作用功能富集图

  每个节点代表从肠道黏液样品中通过鸟枪法蛋白质组学中获得的一种差异表达蛋白(DEP)。顶部为功能网络统计的详细信息。选定的相关生物过程(底部)在每个节点用相应的颜色表示。按照伪发现率(FDR)值,主要Reactome通路和翻译后修饰显著聚类总结如下表

  LPL改善了囊泡运输、黏液形成和细胞代谢等特定通路

  饲料LPLs引起的细胞重组中,肠道上调的DEPs构建的交互作用与“细胞内细胞器”高度相关,57种上调的DEPs中50种显著富集在该通路(图3A)。对这50种与肠细胞器功能相关的蛋白质进行的更深入分析表明,LPLs改善了“囊泡运输”、“黏液形成”和“细胞代谢”的特定通路(图4)。

  12种DEPs差异聚类到“囊泡运输”相关过程(图4A),如“内泌体和外泌体囊泡”、“高尔基体囊泡”和“囊泡胞内运动”。

  LPL提高了肠粘膜细胞的活动,5种上调的DEPs与粘蛋白分泌有关:2种角蛋白(KRT13和KRT15),2种黏蛋白(MUC2和MUC5)和1种酶(GALNT12)。

  LPL组动物肠道中,一组广泛上调的DEPs与“细胞代谢”过程相关(图4B),如“复合糖类水解”、“糖酵解”、“脂代谢”和“蛋白酶体活性”。

  其他上调的DEPs处于蛋白质合成的相关通路中,包括“mRNA成熟”、“蛋白质翻译”、“蛋白质定位”以及“新形成蛋白的翻译后修饰(PTMs)”。

  图3 LPL组鲑鱼肠道中上调A)DEPs相互作用功能富集图

  图4 LPL组鲑鱼肠中上调的功能通路图。上调DEPs的主要功能关系推测(UniProtKB)

  LPL显示出下调肠道应激反应

  肠道119种下调DEPs中19种DEPs聚类为“应激反应”,7种DEPs为“病毒处理”,4种DEPs为“I型干扰素信号通路”,有些蛋白质归属其中的2种聚类,1种归属于所有聚类。

  1.4对肝脏功能的影响

  LPL对肝脏脂质代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢的上调作用

  LPL组鱼体肝脏中174种DEPs相互作用网络110种DEPs聚类"代谢过程"(图5),56种显著聚类代谢反应通路,18种聚类“脂质代谢”,21种聚类“固有免疫系统”。与肠道中观察到的相似,一些DEPs受翻译后修饰的影响:103种DEPs可被磷酸化,72种DEPs可被乙酰化,表明饲料LPLs可能参与这些通路。

  肝脏中上调的DEPs中,69种聚类为“代谢过程”,42种聚类“转运过程”。LPLs引起肝脏上调的代谢通路靶点为“脂质代谢”(14种DEPs)、“氨基酸代谢”(9种DEPs)、“碳水化合物代谢”(6种DEPs)以及“三羧酸循环”。

  肝脏中74种下调的DEPs功能富集分析显示,LPLs主要影响与“应激反应”(49种DEPs)相关,这与肠道下调应激反应一致。

  图5 LPL组鲑鱼的肝脏蛋白质组相互作用功能富集图

  1.5饲料中LPL假定作用模式总结

  LPL明显改善了肠道和肝脏功能,营养素代谢增强,应激反应下调

  根据对肠道和肝脏中蛋白相互作用,及各功能富集的数据分析,得出饲料LPLs的作用模式(图6)。饲料中添加0.1%基于LPL的添加剂3个月后,鲑鱼肠道和肝脏功能均发生了改变。

  最相关的生物学过程、生物分子通路和翻译后修饰(PTMs)显示,饲料LPLs显著促进肠细胞功能改善,囊泡运输、复合糖类水解和脂质代谢以及推测的黏液生成得到改善。饲料LPLs刺激肝脏活动,增强脂质、碳水化合物和氨基酸的代谢,并提高Krebs循环获得能量。肠道和肝脏均下调了应激反应活性,可能缓解炎症状况。大量上调和下调的差异表达蛋白是翻译后修饰(PTMs)(特别是磷酸化和/或乙酰化作用)的靶点。

  图6饲料LPLs在鲑鱼肠道和肝脏中的作用模式综述

  02 讨论

  LPLs对肠道细胞组分和细胞转运的调节作用以及对肠道屏障完整性促进作用。

  蛋白质组学技术可以鉴定出鱼类不同发育阶段、不同摄食情况、应激或疾病条件下的蛋白质表达差异,全面概述鱼类代谢中的部分功能。本研究采用鸟枪法蛋白质组学鉴定出了大量蛋白质(肠道和肝脏分别为4850和4984种)。

  功能富集分析显示,饲料中LPLs主要通过两种方式影响肠道细胞功能:

  1-细胞组分(70种DEPs),包括细胞组成装配、排列或拆卸过程;

  2-细胞转运(57种DEPs),即细胞组分(例如胞内复合体和细胞器)进出细胞、胞内移动以及细胞间的定向移动。

  “囊泡运输蛋白网络”的富集(12种DEPs)表明,LPLs有利于大分子的摄入和转运,与哺乳动物中的研究报告一致,即LPLs可以修饰膜的脂质双层,改变膜流动性和营养物质的跨膜通透性,从而促进营养物质的消化率(Lundbæk et al.,2010;Huo et al.,2019)。新发现显示,改善囊泡运输可能是更好的黏液分泌和维持肠道屏障完整性的基础(例如某些黏蛋白、斑周蛋白和角蛋白的上调)。

  LPLs显著上调了肝脏脂质代谢,促进了肝脏脂质转运至脂肪组织

  鱼体肝脏对营养状况高度敏感。饲料LPLs在肝脏中的作用之一是防止脂肪异常积累(Leeson和Summers,2001)。在虹鳟(Adhami et al.,2021)和斑点叉尾鮰(Liu et al.,2019)中均有显示添加溶血卵磷脂后肝脏中的脂质含量降低、肠道脂肪酶活性增加。推测LPL促进了肝脏合成的脂蛋白的运输,从而将其从肝脏转运至脂肪组织。该实验发现LPL引起大西洋鲑肝脏脂质代谢上调(20种DEPs,包括14种DEPs富集在“脂质代谢”反应通路),首次证明了饲料LPLs改善肝脏脂质代谢的内在机理。

  一些被饲料LPLs上调的蛋白质是相关代谢酶,如:
  长链脂肪酸——辅酶A连接酶1,可激活长链脂肪酸β-氧化降解和细胞脂质合成。
  细胞色素P4501A1,参与多种化合物包括类固醇、脂肪酸和异生物素的氧化。
  脂肪酰胺水解酶2,可降解具有生物活性的脂肪酰胺。
  酰基辅酶A去饱和酶,在参与调节线粒体脂肪酸氧化的基因表达中发挥重要作用。
  ATP结合盒转运蛋白D亚基3抗体,该蛋白可能参与支链脂肪酸和C27胆汁酸转运到过氧化物酶体,后者是胆汁酸生物合成的关键。
  脂肪酸结合蛋白,该蛋白在长链脂肪酸及其酰基辅酶A酯的胞内转运中发挥作用,可能参与富含甘油三酯的脂蛋白的合成,有利于肝脏释放脂质。
  改善肝脏脂质代谢方面,饲料中LPL似乎增强了整个肝细胞的功能。

  上调的DEPs包括以下反应通路:“氨基酸代谢”(9种DEPs显著聚类),“碳水化合物代谢”(6种DEPs)以及“柠檬酸循环和呼吸链电子传递”(5种DEPs)。有研究报道指出,LPLs通过激活细胞表面G蛋白偶联受体(GPCRs)发挥激素样细胞介质的作用,并通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPAR-γ)发挥细胞内第二信使的作用(Tsukahara et al.,2017;Wepy et al.,2018;Shanbhag et al.,2020)。饲料LPLs上调的作用模式的意外发现鼓励我们在鱼类和陆生物种中进一步研究。

  LPLs对肠道和肝脏的应激反应下调,可能与促炎状况降低有关

  LPL组鱼体肠道和肝脏中下调的DEPs主要聚类为与组织反应性相关的生物过程,如肠道中“应激反应”(19种DEPs)和“细胞组分”(119种下调的DEPs中54种聚类),以及肝脏中的“应激反应”(74种下调的DEPs中49种)。研究表明,添加与LPLs功能相似的胆汁酸可以提高抗氧化酶活性,减轻高脂肪水平对家畜抗氧化系统的损害(Zhang et al.,2022)。最近在大口黑鲈中进行的一项研究表明,添加LPLs增加了肠道菌群中有益微生物群的丰度,并降低了有害微生物群的丰度,这同样可能与补充LPL的鱼类应激反应较低有关。我们推测LPL组鱼体应激反应的降低可能与促炎状况降低相关。

  LPLs除了其乳化作用外,还具有调节蛋白质功能的作用

  该研究显示由LPLs引起的蛋白质相互作用的变化,大部分检测到的DEPs都是翻译后修饰(PTM)(主要是乙酰化和磷酸化)的假定靶点。PTMs是通过调节蛋白质结构、活性、定位或蛋白质-蛋白质相互作用来动态调节细胞代谢状态的可逆过程。PTMs可以激活或失活蛋白质的催化功能,或影响蛋白质的生物活性(Ramazi和Zahiri,2021)。基于本研究结果推测:LPLs除了其乳化作用外,还具有调节蛋白质功能的作用。虽然目前没有关于LPLs和PTMs之间直接关系的具体数据,但一些证据表明LPLs在细胞信号传导中有明确的作用。LPL对细胞的多种影响包括有丝分裂发生、分化、细胞迁移以及细胞生存能力(抗凋亡)等(Torkhovskaya et al.,2006)。其作用由特异性G蛋白偶联受体(GPCRs,G-protein-coupled receptors)通过涉及细胞内蛋白激酶链的蛋白偶联信号转导到细胞核介导。脂质第二信使可以调节细胞促炎因子的表达。本研究首次证明了饲料LPL对海水鱼类蛋白质相互作用组学的直接影响,为研究LPL在动物营养中的益处开辟了一个新的窗口,并可推广到其他经济品种,如鱼类、家禽、哺乳动物(猪和牲畜),甚至人类。



  【关键字】:溶血磷脂  饲料  水产养殖
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